/// 真正的页面管理器实现 - CDB v3.0 存储引擎重构
/// 
/// 这是对当前过于简化的存储系统的重构，实现真正的页面式存储
/// 替代当前的Vec<Vec<Value>>简化实现

use crate::{Error, Result};
use std::collections::HashMap;
use std::sync::Arc;
use parking_lot::{RwLock, Mutex};
use std::sync::atomic::{AtomicU64, AtomicBool, Ordering};

/// 页面大小常量 - 4KB标准页面
pub const PAGE_SIZE: usize = 4096;
/// 页面头部大小
pub const PAGE_HEADER_SIZE: usize = 64;
/// 可用数据空间
pub const PAGE_DATA_SIZE: usize = PAGE_SIZE - PAGE_HEADER_SIZE;

/// 页面ID类型
pub type PageId = u64;

/// 页面类型枚举
#[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq)]
pub enum PageType {
    /// 数据页面
    Data,
    /// 索引页面
    Index,
    /// 元数据页面
    Metadata,
    /// 空闲空间管理页面
    FreeSpace,
}

/// 真正的页面管理器实现
/// 
/// 负责管理数据库的所有页面，包括分配、缓存、持久化等
#[derive(Debug)]
pub struct PageManagerV2 {
    /// 页面缓存 - 使用RwLock保护的HashMap
    pages: RwLock<HashMap<PageId, Arc<Page>>>,
    /// 空闲页面列表
    free_pages: Mutex<Vec<PageId>>,
    /// 下一个页面ID生成器
    next_page_id: AtomicU64,
    /// 最大缓存页面数
    max_cached_pages: usize,
    /// 当前缓存页面数
    cached_page_count: AtomicU64,
    /// 页面访问统计
    page_access_count: AtomicU64,
    /// 缓存命中统计
    cache_hit_count: AtomicU64,
}

impl PageManagerV2 {
    /// 创建新的页面管理器
    /// 
    /// # 参数
    /// * `max_cached_pages` - 最大缓存页面数，用于控制内存使用
    pub fn new(max_cached_pages: usize) -> Self {
        tracing::info!("创建页面管理器，最大缓存页面数: {}", max_cached_pages);
        
        Self {
            pages: RwLock::new(HashMap::with_capacity(max_cached_pages)),
            free_pages: Mutex::new(Vec::new()),
            next_page_id: AtomicU64::new(1), // 页面ID从1开始，0保留为无效ID
            max_cached_pages,
            cached_page_count: AtomicU64::new(0),
            page_access_count: AtomicU64::new(0),
            cache_hit_count: AtomicU64::new(0),
        }
    }
    
    /// 分配新页面
    /// 
    /// 优先从空闲页面列表中分配，如果没有空闲页面则创建新页面
    pub fn allocate_page(&self, page_type: PageType) -> Result<PageId> {
        // 首先尝试从空闲页面列表获取
        if let Some(page_id) = self.get_free_page() {
            tracing::debug!("从空闲列表分配页面: {}", page_id);
            return Ok(page_id);
        }
        
        // 生成新的页面ID
        let page_id = self.next_page_id.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
        
        // 创建新页面
        let page = Arc::new(Page::new(page_id, page_type));
        
        // 检查缓存容量
        self.ensure_cache_capacity()?;
        
        // 添加到缓存
        {
            let mut pages = self.pages.write();
            pages.insert(page_id, page);
        }
        
        self.cached_page_count.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
        
        tracing::debug!("分配新页面: {}, 类型: {:?}", page_id, page_type);
        Ok(page_id)
    }
    
    /// 获取页面
    /// 
    /// 从缓存中获取页面，如果不在缓存中则从存储加载
    pub fn get_page(&self, page_id: PageId) -> Result<Option<Arc<Page>>> {
        self.page_access_count.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
        
        // 首先检查缓存
        {
            let pages = self.pages.read();
            if let Some(page) = pages.get(&page_id) {
                self.cache_hit_count.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
                tracing::trace!("缓存命中页面: {}", page_id);
                return Ok(Some(page.clone()));
            }
        }
        
        // 缓存未命中，需要从存储加载
        tracing::trace!("缓存未命中页面: {}", page_id);
        
        // TODO: 从持久化存储加载页面
        // 目前返回None表示页面不存在
        Ok(None)
    }
    
    /// 释放页面到空闲列表
    pub fn free_page(&self, page_id: PageId) -> Result<()> {
        // 从缓存中移除
        {
            let mut pages = self.pages.write();
            if pages.remove(&page_id).is_some() {
                self.cached_page_count.fetch_sub(1, Ordering::SeqCst);
            }
        }
        
        // 添加到空闲列表
        {
            let mut free_pages = self.free_pages.lock();
            free_pages.push(page_id);
        }
        
        tracing::debug!("释放页面到空闲列表: {}", page_id);
        Ok(())
    }
    
    /// 获取缓存统计信息
    pub fn get_cache_stats(&self) -> CacheStats {
        let access_count = self.page_access_count.load(Ordering::SeqCst);
        let hit_count = self.cache_hit_count.load(Ordering::SeqCst);
        let hit_rate = if access_count > 0 {
            hit_count as f64 / access_count as f64
        } else {
            0.0
        };
        
        CacheStats {
            cached_pages: self.cached_page_count.load(Ordering::SeqCst),
            max_cached_pages: self.max_cached_pages as u64,
            total_accesses: access_count,
            cache_hits: hit_count,
            hit_rate,
        }
    }
    
    /// 从空闲页面列表获取页面
    fn get_free_page(&self) -> Option<PageId> {
        let mut free_pages = self.free_pages.lock();
        free_pages.pop()
    }
    
    /// 确保缓存容量不超限
    fn ensure_cache_capacity(&self) -> Result<()> {
        let current_count = self.cached_page_count.load(Ordering::SeqCst);
        
        if current_count >= self.max_cached_pages as u64 {
            // 需要淘汰一些页面
            self.evict_pages(1)?;
        }
        
        Ok(())
    }
    
    /// 淘汰页面（简化的LRU实现）
    fn evict_pages(&self, count: usize) -> Result<()> {
        let mut pages = self.pages.write();
        
        // 简化实现：随机淘汰页面
        // TODO: 实现真正的LRU淘汰策略
        let mut evicted = 0;
        let page_ids: Vec<PageId> = pages.keys().cloned().collect();
        
        for page_id in page_ids {
            if evicted >= count {
                break;
            }
            
            if let Some(page) = pages.get(&page_id) {
                // 检查页面是否可以淘汰（没有被引用，不是脏页面等）
                if Arc::strong_count(page) == 1 && !page.is_dirty() {
                    pages.remove(&page_id);
                    self.cached_page_count.fetch_sub(1, Ordering::SeqCst);
                    evicted += 1;
                    tracing::debug!("淘汰页面: {}", page_id);
                }
            }
        }
        
        if evicted < count {
            tracing::warn!("只淘汰了 {} 个页面，需要 {} 个", evicted, count);
        }
        
        Ok(())
    }
}

/// 页面结构
/// 
/// 表示数据库中的一个固定大小的页面
#[derive(Debug)]
pub struct Page {
    /// 页面ID
    pub id: PageId,
    /// 页面类型
    pub page_type: PageType,
    /// 页面数据
    pub data: [u8; PAGE_SIZE],
    /// 脏页面标记
    dirty: AtomicBool,
    /// 页面创建时间
    created_at: std::time::SystemTime,
    /// 最后访问时间
    last_accessed: RwLock<std::time::SystemTime>,
}

impl Page {
    /// 创建新页面
    pub fn new(id: PageId, page_type: PageType) -> Self {
        let now = std::time::SystemTime::now();
        
        Self {
            id,
            page_type,
            data: [0; PAGE_SIZE],
            dirty: AtomicBool::new(false),
            created_at: now,
            last_accessed: RwLock::new(now),
        }
    }
    
    /// 标记页面为脏页面
    pub fn mark_dirty(&self) {
        self.dirty.store(true, Ordering::SeqCst);
        *self.last_accessed.write() = std::time::SystemTime::now();
    }
    
    /// 检查是否为脏页面
    pub fn is_dirty(&self) -> bool {
        self.dirty.load(Ordering::SeqCst)
    }
    
    /// 清除脏页面标记
    pub fn clear_dirty(&self) {
        self.dirty.store(false, Ordering::SeqCst);
    }
    
    /// 获取页面头部的可变引用
    pub fn header_mut(&mut self) -> &mut [u8] {
        &mut self.data[0..PAGE_HEADER_SIZE]
    }
    
    /// 获取页面数据部分的可变引用
    pub fn data_mut(&mut self) -> &mut [u8] {
        &mut self.data[PAGE_HEADER_SIZE..]
    }
    
    /// 获取页面头部的只读引用
    pub fn header(&self) -> &[u8] {
        &self.data[0..PAGE_HEADER_SIZE]
    }
    
    /// 获取页面数据部分的只读引用
    pub fn data_section(&self) -> &[u8] {
        &self.data[PAGE_HEADER_SIZE..]
    }
}

/// 缓存统计信息
#[derive(Debug, Clone)]
pub struct CacheStats {
    /// 当前缓存页面数
    pub cached_pages: u64,
    /// 最大缓存页面数
    pub max_cached_pages: u64,
    /// 总访问次数
    pub total_accesses: u64,
    /// 缓存命中次数
    pub cache_hits: u64,
    /// 缓存命中率
    pub hit_rate: f64,
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;
    
    #[test]
    fn test_page_manager_creation() {
        let pm = PageManagerV2::new(100);
        let stats = pm.get_cache_stats();
        
        assert_eq!(stats.cached_pages, 0);
        assert_eq!(stats.max_cached_pages, 100);
        assert_eq!(stats.hit_rate, 0.0);
    }
    
    #[test]
    fn test_page_allocation() {
        let pm = PageManagerV2::new(100);
        
        let page_id = pm.allocate_page(PageType::Data).unwrap();
        assert_eq!(page_id, 1);
        
        let page_id2 = pm.allocate_page(PageType::Index).unwrap();
        assert_eq!(page_id2, 2);
    }
    
    #[test]
    fn test_page_retrieval() {
        let pm = PageManagerV2::new(100);
        
        let page_id = pm.allocate_page(PageType::Data).unwrap();
        let page = pm.get_page(page_id).unwrap();
        
        assert!(page.is_some());
        assert_eq!(page.unwrap().id, page_id);
    }
}
